4.16. Ремонт, хранение и транспортировка скважинных насосов

Ремонт насосов подразделяется на текущий и капитальный. К текущему, выполняемому в промысловых мастерских, относятся смена шарика, седла и клетки клапана, замена плунжера, удлинительного патрубка, замковой опоры. К капитальному ремонту относятся все работы, связанные с разборкой цилиндра и требующие применения приспособлений и контрольно-измерительных приборов; они могут выполняться только квалифицированными рабочими.

Мастерская, где ремонтируются насосы, должна быть оборудована верстаками с тисками и трубными зажимами, ваннами для мытья деталей насосов, местами для их сушки, стеллажами для хранения насосов, пирамидами для плунжеров, приспособлениями для притирки клапанов и приборами для контроля их герметичности.

В отремонтированном насосе плунжер должен перемещаться без заеданий, плавно, клапаны должны быть герметичными, ловильные приспособления действовать исправно.

Хранятся насосы на стеллажах. Все детали насосов должны быть смазанными, а отверстия заглушены пробками. Помещение для хранения должно быть сухим и чистым.

Насосы транспортируются в специальных стеллажах, обитых войлоком. При погрузочно-разгрузочных операциях необходимо применять меры по предотвращению их ударов и сотрясений.

4.17. Насосные штанги: конструкция, условия работы

Для передачи возвратно-поступательного движения от привода к плунжеру скважинного насоса используется колонна насосных штанг. Она собирается из отдельных штанг, соединяемых муфтами.

Насосные штанги представляют собой стержни круглого поперечного сечения с высаженными концами, на которых располагается участок квадратного сечения и резьба. Резьба служит для соединения штанг с муфтами, а участок квадратного сечения используется для захвата штанги ключом при свинчивании и развинчивании резьбового соединения (рис. 4.31.).

Основными характеристиками насосных штанг являются: диаметр по телу штанги d₀ и прочностная характеристика штанги - величина приведенного допускаемого напряжения . Штанги выпускаются диаметрами 16, 19, 22, 25 мм, а допускаемое напряжение для наиболее широко распространенных марок сталей составляет 70... 130 МПа. В небольших количествах выпускаются штанги с допускаемым напряжением 150 МПа.

Рис. 4.31. Штанга и муфта

Указанные величины по сравнению с аналогичными прочностными показателями сталей, применяемых в машиностроении, ниже и определяются условиями работы колонны штанг - циклическим нагружением в коррозионно-активной среде, ускоряющей процесс усталостного разрушения штанг.

Выпускаются соединительные штанговые муфты типа МШ для соединения штанг одного размера и переводные типа МПШ для соединения штанг разного размера.

Муфты каждого типа изготавливаются в исполнении I с «лысками» под ключ и в исполнении II без «лысок». Муфты каждого типа большей частью изготавливаются из углеродистой стали марок 40 и 45. Предусматривается также изготовление муфты из легированной стали марки 20Н2М для применения в тяжелых условиях эксплуатации.

Для увеличения срока эксплуатации, уменьшения воздействия коррозионной среды (пластовой жидкости) штанги подвергаются термической обработке и упрочнению поверхностного слоя металла. Наиболее часто используются следующие виды термообработки; нормализация, закалка объемная, закалка ТВЧ. Поверхностное упрочнение обеспечивается за счет дробеструйной обработки, обкатки роликом. Основная цель поверхностного упрочнения - создание снимающих напряжений в поверхностном слое материала. Кроме того, поверхность штанг покрывают лаками или металлами, стойкими к воздействию окружающей среды.

Для регулирования положения плунжера относительно цилиндра скважинного насоса используются короткие штанги - «метровки» длиной 1000....3000 мм. Длина обычной штанги -8000 мм.

Особенностью штанг является накатка резьбы. Для сборки ступенчатой колонны из штанг различных диаметров используются переводные муфты МПШГ, позволяющие соединять штанги диаметрами 16 и 19_: 19 и 22, 22 и 25 мм.

Соединительные муфты изготавливают с лысками и без лысок.

В зависимости от условий работы применяются штанги, изготовленные из сталей следующих марок:

• для легких условий работы - из стали 40, нормализованные;

• для средних и среднетяжелых условий работы - из стали 20НМ, нормализованные;

• для тяжелых условий работы - из стали марки 40, нормализованные с последующим поверхностным упрочнением тела штанги по всей длине токами высокой частоты (ТВЧ), и из стали ЗОХМА, нормализованные с последующим высоким отпуском и упрочнением тела штанги по всей длине ТВЧ;

• для особо тяжелых условий работы - из стали 20НМ. нормализованные с последующим упрочнением штанги ТВЧ.

Колонна штанг — один из наиболее ответственных элементов установки, работающей в наиболее напряженных условиях. Прочность и долговечность штанг, как правило, обусловливают подачу как всей установки, так и максимальную глубину спуска насоса.

Обрыв штанг вызывает простои и необходимость подземного ремонта. Разрушение колонны штанг происходит, как правило, либо при разрыве тела штанги, либо при разрушении резьбовых соединений.

Наиболее часто обрывы штанг происходят вследствие усталости металла в результате переменных нагрузок, концентраций напряжений, коррозионности среды. Усталостное разрушение штанг обычно начинается с образования микротрещин на поверхности и ускоряется переменными нагрузками, концентрацией напряжений и воздействием коррозионной среды, поэтому выбор допускаемых напряжений для штанг представляет собой важную задачу.

На долговечность резьбовых соединений большое влияние оказывает плотность контакта торцов муфты, ниппеля и насосной штанги. При свинчивании резьбовых соединений муфта - штанга должен обеспечиваться контакт между торцами при максимальной нагрузке на штанги.

Необходимо отметить, что наиболее приемлемыми для затяжки резьбовых соединений являются механические ключи с гидро- и электроприводами, позволяющие свинчивать штанги со строго определенным моментом.

Важнейшее условие безаварийной работы колонны штанг - их прямолинейность. Так, при стреле прогиба штанги, равной 0,5 d. растягивающие напряжения увеличиваются в 5 раз. Для искривленных и сильно искривленных скважин применяются шарнирные муфты. Благодаря наличию двух шарниров муфта может изгибаться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Применение подобных муфт позволяет уменьшить напряжения, возникающие в результате изгиба, а также нормальные силы, обусловленные трением штанг о насосно-компрессорные трубы.

Помимо штанг со сплошным сечением, применяют полые штанги для привода скважинного насоса с использованием внутрискважинной депарафинизации, деэмульсации, ингибирования. В этих случаях по внутренней полости штанг подается с поверхности к насосу соответствующий химический реагент. Кроме того, их используют для отбора продукции при одновременно-раздельной эксплуатации пластов, а также при необходимости подъема пластовой жидкости с повышенной скоростью, например, для предотвращения образования песчаных пробок.

Наиболее распространена конструкция полых штанг с приваренной головкой, имеющей накатанную резьбу для соединения штанг муфтами.

В настоящее время разработана конструкция полых штанг с наружным диаметром тела 42 мм, внутренним - 35 мм. Материалы - сталь марки 45 или 35. Поверхность штанг обрабатывается ТВЧ и имеет твердость HRC 48.. .53. Головка приваривается к телу штанги.

Одним из важнейших требований к резьбовым соединениям колонны является герметичность.

Применение полых штанг требует применения специального устьевого оборудования: гибких шлангов или коленчатых шарнирных соединений, позволяющих отводить пластовую жидкость из перемещающейся колонны к неподвижному трубопроводу нефтепромыслового коллектора.